基于MSP430的圆感应同步器方位测角系统

　　0引言

　　方位角是导弹瞄准定向中的重要参数。为了提高战场生存能力,缩短导弹武器发射准备时间,需要快速准确的获取方位角信息,但用于导弹方位角测量的经纬仪一般采用光学读数,且不设清零功能,存在准确度不高、操作不便的弱点。以圆感应同步器和数显电路构成的闭环测角系统,具有结构简单、抗干扰能力强的特点,在导弹武器瞄准定向中受到广泛应用。本文设计了以圆感应同步器为角度传感器,以AD2S80A为轴角转换器的方位测角系统,设计中对系统工作原理引起的转换误差采取了相应的硬软件措施,提高了测角准确度。

　　1系统工作原理

　　系统中,圆感应同步器工作于单相激磁,双相输出方式。当圆感应同步器转子绕组中通以正弦电流时,在定子绕组输出随转角成正余弦规律变化的电势,将带有转角信息的两相电势进行角度解算后可得到自然的二进制数字角度。极数为720的圆感应同步器安装在光学瞄准仪竖轴系上,它所转过的角度即瞄准仪照准部转过的角度。

　　若圆感应同步器转子激磁信号为

　　当系统转速ωn=dθD/dt=0(电弧度/秒)时,设um=Um/ku,则定子绕组两相输出感应电势[1]分别为

　　式中, Um为激磁电压幅值;ku为基波(时间)电压传递系数;ω为激磁电压角频率;θD为连续绕组与A相绕组导体中心线的夹角(电弧度)。

　　如图1,两相输出经前置放大后,信号放大倍数为kv。输出为eAt,eBt:

　　eAt、eBt进入AD2S80A[2]的高速正余弦乘法器,对应着与AD2S80A的反馈信号φD形成的sinφD、cosφD信号相乘,输出信号为ea,eb:

　　ea,eb进入放大倍数为ke的误差放大器,得到输入角度与输出角度之间的误差函数。

　　式中k=-kekv,ue为误差放大器输出,将ue送入带通滤波及相敏解调器后得到直流误差信号uDer:

　　上式在ωn=0成立的条件下推出,若ωn≠0,则:

　　其中,

　　uDer信号经过积分器积分,产生一正比于轴角转速dθD/dt的测速电压VEL信号,VEL用来控制宽动态范围压控振荡器(VCO)。VCO输出CP脉冲与VEL成正比例,作为可逆计数器的计数脉冲,偏差信号uDer的极性决定了计数器进行加法计数还是减法计数,计数的同时,使输出角φD向输出角θD接近。φD跟踪θD,可以反映感应同步器转角的大小,它一方面经过锁存器输出,另一方面,它又是AD2S80A的反馈信号,进入正余弦乘法器形成sinφD、cosφD信号。由式(7)知,当系统转速不为零时,易引入转换误差,需在系统硬软件上采取相关措施。

　　2系统硬件组成

　　系统主要由激磁电路、信号调理电路、AD2S80A轴角转换电路、单片机接口电路、显示电路等组成,如图2所示。